Modelli e misure di backscattering acustico di organismi marini pelagici ed applicazioni

Negli ultimi decenni sono stati compiuti grandi passi avanti, sia dal punto di vista sperimentale che teorico, nel campo dell'oceanografia e dell'ecologia marina. Nonostante i progressi, molto rimane ancora da fare per comprendere, ad esempio, come funziona l'ecosistema pelagico come produttore di biomassa. Recenti progetti internazionali, hanno dimostrato come oggi ci sia la necessità di un approccio interdisciplinare allo studio delle Scienze Ambientali in generale e delle Scienze marine in particolare e su come l'acustica marina sia destinata a svolgere un ruolo importante per la parte sperimentale. L'obbiettivo del progetto di Ricerca è stato lo studio del backscattering acustico di organismi e tessuti, quali i Teleostei Clupeidi e il Sonar dei Delfini, tramite l'utilizzo di modelli matematici e misure dirette e la successiva applicazione. Lo studio sul Sonar dei Delfini ha permesso di migliorare la comprensione dei meccanismi di funzionamento e di selezionare una serie di segnali acustici impiegati per la progettazione e la realizzazione di un dispositivo elettroacustico in grado di allontanare, e quindi salvaguardare, questi animali da zone di mare pericolose (aree di pesca, zone militari, ecc). Per quanto riguarda i Clupeidi, lo studio è stato fecalizzato sui seguenti piccoli pelagici: larve di aringa (Clupea harengus) e giovanili e adulti di sardina (Engraulis encrasicolus). Questa ricerca ha permesso di individuarne il Target Strength di queste specie, cioè la stima dell'eco prodotta dagli esemplari insonificati, che rappresenta uno strumento fondamentale per la stima di biomassa con metodi acustici. In questo lavoro di Ricerca è stato definito un approccio innovativo, basato sull'applicazione di modelli matematici e di esperimenti in vasca da usare come test di verifica. Questo approccio ha richiesto che specialisti in discipline appartenenti alle Scienze Ambientali (Bioacustica, Etologia, Ecologia marina, Fisiologia animale, Biologia, ecc.) lavorassero insieme in modo tale da fornire contemporaneamente e in maniera complementare la loro descrizione, analisi e sintesi dello stesso problema per poi fonderle progettando ed eseguendo insieme ricerche teoriche e sperimentali. A great deal has been done in the fields of Oceanography and Marine Ecology in the last decades, from both the experimental and the theoretical standpoints. Much effort is still needed, however, to understand, for example, how the pelagic ecosystem works as a biomass producer. As new international projects have demonstrated, there is a need today for an interdisciplinary approach to Environmental Sciences in general, and to Marine Science studies in particular, and Marine Acoustics is destined to have an important role in the experimental field. The aim of this research project was to perform acoustic back-scattering studies on pelagic organisms, e.g. Clupeid fish and Dolphin, through the application of mathematical models and direct measurements. Dolphin sonar studies have given us a better understanding of functional mechanisms and enabled us to select a range of acoustic signals to use to design and develop a pinger capable of keeping dolphins away from dangerous areas (fishing areas, military zones, etc.). The Clupeid studies focused on the target strength (TS) of herring larvae (Clupea harengus) and juvenile and adult sardines (Engraulis encrasicolus). TS evaluation enables biomass estimation based on an acoustic method. A new approach was defined in this research work, based on the application of mathematical models validated by in situ measurements. This approach involved experts in different fields of Environmental Science (bio-acoustics, ethology, marine ecology, animal physiology, biology, etc.), who worked together to produce a simultaneous, complementary description, analysis and synthesis of the same problem, subsequently combining all the information to design and perform joint theoretical and experimental research.